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　　材料科学与工程专业发展战略研究

　　教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会

　　一、引言

　　材料科学与工程学科是一门主要涉及物理学、化学、计算科学、工程学和材料学的综合性交叉学科，它涵盖了金属材料工程、冶金工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程、材料物理和材料化学等二级学科专业，它是研究材料的组成与结构、合成与制备、性质及使用性能、测试与表征等四个基本要素及其相互关系与制约规律的一门科学。对材料科学与工程中基本要素的认识和理解应具有动态的观念，基本要素的相互关系与制约规律应在不同的结构层次、不同的设计和应用阶段进行阐述和控制。材料的组成与结构着重于研究原子的类型及所观察尺度范围内原子的相互作用及排列组合规律；材料的合成与制备则是利用原子间相互作用的规律，创造一定的外部条件，使原子（原子团）分子按特定的排列组合形成所需性质与使用性能的材料的过程；对材料性能的测试和对其结构表征的计算，并最终实现按照预定性能设计材料和制备材料，构成了材料科学与工程的主要研究内容。

　　在人类社会的发展过程中，材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志。人类和材料的关系不仅广泛密切，而且非常重要。事实上，人类文明的发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。25 000 年前人类开始学会使用各种用途的锋利石片， 10 000 年前人类第一次有意识地创造了自然界没有的新材料--陶器，这一创造新材料的举动标志着人类社会步入了文明时代。继陶器时代之后，由于人们生活方式的变化和战争等方面的原因，人们发明了青铜冶炼技术。后来，罗马人发明了水泥，腓尼基人发明了玻璃，这些传统材料至今仍然被现代社会大量使用。当然，这些材料本身总是日新月异地变化着，在高新技术的推动和社会经济发展的要求下，其性能不断提高，从而使其满足了社会需求。

　　近代的两次工业革命都与材料的发展密切相关。第一次工业革命是由于钢铁材料的大规模发展，人们制造了纺织机和蒸汽机，为社会创造了巨大的财富。社会经济的发展，又使钢铁工业迅速增长。钢铁材料的大量使用，对其性能提出了更高的要求，从而带动了金属材料学科（即金相学）的迅速发展。第二次工业革命是以能源（石油）的开发和应用为突破口的，使汽车、飞机及其他工业得到了快速发展。新材料的开发和应用，如高性能合金钢和高性能铝合金等，是这次工业革命的基础。制造工业，尤其是汽车工业的发展，使合金钢的优异性能完美地展现出来；航空工业的发展，促进了铝合金、钛合金、镍基高温合金以及耐高温结构陶瓷的研究与开发。

　　随着石油、天然气的广泛应用，高分子材料得到了迅速发展，从而带动了高分子学科的建立和发展。在材料科学与工程学科领域中，高分子材料学科与金属材料学科、无机非金属材料学科并列成为材料学科的重要分支。第一座合成高分子（酚醛树脂）的工厂是 1907 年问世的，经过 20 多年的发展，于 20 世纪 30 年代形成了高分子材料学科，此后高分子材料工业迅速发展，聚氯乙烯、尼龙、聚乙烯、聚丙稀、聚酯、聚甲醛等聚合物及改性品种层出不穷。如今，高分子材料已经渗透到人类社会生活的方方面面。进入 21 世纪以后，新时期国民经济可持续发展对高分子材料提出了更高的要求，如高分子材料合成的新方法、高分子催化体系、绿色高分子合成化学、生物活性高分子材料的制备和功能化等，这些都促进了高分子学科的快速发展。

　　当今社会正处于信息时代。这场始于 20 世纪中叶的信息革命，是人类科学技术史上的一次重大飞跃，它对人类社会产生的深远影响，甚至超过了 19 世纪的工业革命。信息时代的快速发展和信息产业的巨大增长，给材料学科带来了史无前例的推动和促进作用。大规模集成电路的发展，使单晶硅材料及其制备加工技术迅速发展；在微电子和光电子学领域，化合物半导体材料迅速崛起，并发挥出越来越重要的作用。近年来，在以 Si 、 GaAs 为代表的第一、二代半导体材料迅速发展的同时，以 SiC 、 GaN 为代表的宽禁带半导体材料也蓬勃兴起，成为第三代半导体材料。在信息社会中，信息记录和存储是极其重要的，从壁画、竹简到纸张和印刷术的发明，再到信息时代能够记录大量信息的磁存储介质材料和光存储介质材料，信息记录材料的每一次变革不但促进了人类信息记录技术的进步，而且促进了人类社会的发展。

　　由此可见，材料科学与工程学科是伴随着社会发展对材料研究的需要而形成和发展的。作为人类赖以生存和发展的物质基础，尽管材料的使用几乎和人类社会的形成一样古老，但材料科学与工程学科作为一个独立的学科，只有约50年短暂的历史。但是，在仅仅 50 年的发展过程中，材料科学与工程学科已经充分显示了其在现代科学技术发展和人类社会进步中所处的重要地位。随着我国由传统计划经济向社会主义市场经济转型和加入 WTO 后面临的更激烈的国际竞争，使社会对材料科学与工程人才在素质、能力和知识综合结构方面的要求有了进一步提高。在传统经济模式下，材料研究与材料生产相脱节。一方面，具有材料工程领域人才优势的材料生产企业的自主研发能力不强，产品的技术含量不高，市场竞争力不强；另一方面，具有材料科学人才优势的科研院所、大专院校的科研成果却难以产业化。目前，我国企业正在进行大规模重组，产业结构、产品结构、工艺技术和装备水平正在发生重大变革与调整，企业发展越来越依靠于自主创新能力，越来越需要国际竞争能力。面对这种形势，市场经济条件下的材料生产企业对人才的素质、能力和知识的要求也越来越高，既要有较深的理论基础，能进行深入研究与创新；又要具有丰富的工程知识，能将科研成果迅速转化为生产力，实现科研成果的产业化。这对承担着材料类人才培养任务的高校提出了严峻的挑战。